（环境工程专业论文）水力模型在城市排水系统设计与管理中的应用研究.pdf

摘要 摘要 计算机技术的发展推动了排水系统水力模型软件的开发和应用，而水力模型 软件的推广应用又促进了传统排水系统设计理念的革新。利用排水管网计算机 水力模型辅助城市排水系统的设计、改造和管理是提升一个城市市政基础设施 建设和管理的有效途径。模型的辅助不但提高了排水系统管理的效率，改善了 系统运行状况，还为排水安全提供了保障。为此，本文利用i n f o w o r k sc s 水力 模型软件，对上海市现有排水系统的改造管理以及新型排水系统的水力模型辅 助设计进行了研究，从实践层面为上海市及其他城市的排水系统设计管理提供 指导和支持。 雨水系统的非雨水入流问题是严重影响国内排水系统运行效率的一个顽疾。 掌握非雨水入流的流量和规律对排水系统改造完善的规划与设计具有重要意 义。为此，本文首先提出了雨水系统非雨水入流的模型分析方法，并成功地应 用于b 系统。该方法以当量连接管为基础，通过分析诊断混接状况、计算当量 连接管特性参数、利用模型校准并验证特性参数三个步骤计算混接水量、考察 混接特性。模型分析方法在b 系统非雨水入流状况诊断中的应用表明，该系统 不但接纳部分生活污水，还与服务区内的污水系统和苏州河存在水力联系；b 雨 水系统所在地区非雨水入流相当严重，雨水系统每天接纳的污水约为2 4 万m 3 ， 其中约1 7 万m 3 排向苏州河，o 7 万m 3 通过市政混接管道排入污水系统。混接 率高达6 0 。雨水系统在非降雨日开泵后，水位在卜1 1 个小时内便回升至与 苏州河持平水位，主要是系统接纳混接污水和苏州河水的倒灌引起的，两者所 占比例分别5 0 和4 5 。 截流式雨水系统不但可以控制旱流混接污水的直接排放，而且可以有效削减 雨水径流面源污染，因此在国内大中城市得到了推广应用。本文以曹杨排水系 统为案例进行长期模拟，研究并讨论截流规模、调蓄池容积的大小对雨水径流 水量控制效果的影响，并结合雨水系统排江的初期效应对截流和调蓄设施长期 的污染负荷去除效果进行考察。研究结果表明，对于与外围水体不存在水力联 系或水力联系较弱的系统，通过加大截流流量、降低系统常水位可使得雨水径 流截流效率大幅提高；调蓄规模的增大能有效提高系统对雨水径流的截流效率， 摘要 而由于过大的调蓄池无法发挥完全的效能，因而随着调蓄池的增大，截流效率 的提高幅度总体有呈下降的趋势；由于存在混接现象的雨水系统初期效应比较 微弱，污染负荷长期去除率平均值与径流水量截流效率基本一致。 在由多个子排水系统组成的片区排水系统泵站群的调度管理方面，本文通过 确定最优化目标、明确约束条件，建立了片区排水系统泵站群统一优化调度的 方法，对泵站群的统一优化调度进行了初步研究。通过案例分析表明，采用优 化调度方法不仅有助于充分利用片区排水系统管道的存储容积，减小c s o 的排 放，同时也保证了各个子系统的排水安全性。通过模型计算，比较采用统一优 化调度方案与根据泵站前池水位的简单控制( 开泵水位：各子系统安全水位； 关泵水位：o m ) 后发现，采用统一优化调度方案对1 年一遇降雨高水位运行工 况c s o 排放减小约3 5 ，而0 3 3 年一遇低水位运行时减少约5 5 。 缓冲式排水模式是一种将城市排水与圩区排涝有机结合的接近自然的排水 方式，符合人与自然和谐相处的发展方向。本文以上海市j w 地区为例，通过建 立缓冲式排水模式管道、河网耦合水力模型，在运用推理公式法初步确定管道 系统设计参数的基础上，通过模型试验对缓冲式排水模式管道系统的设计、适 用性进行了分析探讨。同时，通过改变圩区特征参数在两种典型工况下对模型 试验管道进行模拟试验，得出了缓冲式排水系统的适用条件，并以洪灾频率为 指标对缓冲式排水系统的安全性进行了评价。相关工作为不同水文条件圩区的 缓冲式排水模式的设计和安全评价提供了新的方法。 关键词：水力模型；排水系统；非雨水入流；性能评价；优化调度；缓冲式排 水模式；适用性 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fh y d r a u l i cm o d e l so fd r a i n a g es y s t e m s ， w h i c hh e l p e dt ob r e a kt h r o u g ht h et r a d i t i o n a ld e s i g ni d e a , w a sp r o m o t e db yt h e a d v a n c e m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y i ti sa ne f f e c t i v ea p p r o a c ht op r o m o t et h e c o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n to f m u n i c i p a li n f r a s t r u c t u r et h a tu r b a nd r a i n a g es y s t e m w a sd e s i g n e d ，r e c o n s t r u c t e d ，a d m i n i s t r a t e da s s i s t a n c ew i t hh y d r a u l i cm o d e l w i t h a s s i s t a n c eo fh y d r a u l i cm o d e l ，t h ea d m i n i s t r a t i o ne f f i c i e n c ya n do p e r a t i o ns t a t eo f d r a i n a g es y s t e mh a sb e e ni m p r o v e d ，a n dt h es a f e t yo fd r a i n a g eh a sb e e ni m p r o v e d t h e r e f o r e ，t h er e c o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n to fe x i s t i n gd r a i n a g es y s t e ma n dt h e d e s i g no fan e wm o d es t o r m w a t e rd r a i n a g es y s t e m ，b u f f e r i n gs t o r m w a t e rd r a i n a g e s y s t e mw e r es t u d i e db ym e a n so fi n f o w o r k ss o f t w a r ep a c k a g e ，w h i c hc a np r o v i d et h e d i r e c t i o na n dt e c h n i c a ls u p p o r tt od e s i g na n dm a n a g e m e n to fd r a i n a g es y s t e mi n s h a n g h a ia n do t h e rc i t i e s m a n ys e p a r a t es t o r m w a t e rs y s t e m si nc h i n as u f f e rf u n c t i o n a lp r o b l e m so f d i s c h a r g eo fd r y - w e a t h e rp o l l u t a n t so rn o n - s t o r m w a t e rm a t e r i a l si n t os t o r m w a t e r s y s t e m sv i ap i p e so ro t h e rd i r e c tc o n n e c t i o n s ，w h i c hp l a y sa sam a i nc o n t r i b u t o rt o r e c e i v i n gw a t e rp o l l u t i o n i ti sn e c e s s a r yt og r a s pt h ef l o w r a t ea n dc h a n g er u l ei n o r d e rt od e s i g nt h ee n d 。o f - p i p et r e a t m e n tf a c i l i t y , s u c ha s i n t e r c e p t o r s t h ep a p e r p r e s e n t sa ne f f i c i e n tm e t h o d o l o g yf o rd i a g n o s i n gt h es y s t e m sa n dq u a n t i f y i n gt h e f l o wr a t eo fn o n - s t o r m w a t e ri n f l o ww i t hah y d r a u l i cm o d e l i nt h i s m e t h o d o l o g y , c o m p l i c a t eh y d r a u l i cc o n n e c t i o n sw e r es i m p l i f i e da sv i r t u a le q u i v a l e n tp i p e sa n d h y d r a u l i cp a r a m e t e r so ft h ee q u i v a l e n tp i p e sw e r cc a l i b r a t e da n dv e r i f i e dw i t ht h e h y d r a u l i cm o d e l ，w h i c hw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ebs t o r m w a t e rs y s t e ma l o n g t h es u z h o uc r e e k , s h a n g h a i ，c h i n a t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h e c o m p l i c a t e d h y d r a u l i cr e l a t i o n sb e t w e e ns t o r m w a t e ra n ds a n i t a r yd r a i n a g es y s t e ma sw e l la st h e r e c e i v i n gw a t e rb o d yw e r ee x i s e d b a s e do nt h eh y d r a u l i cm o d e l ，i ti sc a l c u l a t e dt h a t t h ed a i l ya v e r a g ev o l u m eo fs e w a g ee n t e r e di n t ot h ebs y s t e m i sa sh i 。g ha s 2 4 ，0 0 0 2 5 ，0 0 0 m 3i nt h ed r y - w e a t h e rn o n - d i s c h a r g es c e n a r i o ，o fw h i c ha b o u t i i i 。，。，。，。，。!墨!，。，。，。一_ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ m _ 。_ _ _ _ h - - _ _ h _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ m _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1 1 _ 。- 1 1 1 1 一一一。一一 1 6 , 5 0 0 - 1 7 , 5 0 0 m 3d i s c h a r g e st os u z h o uc r e e kt h r o u g hi n a p p r o p r i a t ec o n n e c t i o n s , a n d 7 , 0 0 0 - 7 ，5 0 0m 3s p i l l si n t ot h es a n i t a r yd r a i n a g es y s t e mt h r o u g hi l l i c i tc o n n e c t i o n s d o m e s t i cs e w a g ef r o mt h ea r e at r a n s p o r t e dt ow a s t e w a t e rp l a n tb ys a n i t a r yd r a i n a g e s y s t e mi sa r o u n d1 7 ，0 0 0 - 1 8 ，0 0 0 m 3 di n d i c a t e db y f l o wm e t e rm o u n t e di ns e w e rm a i n t h e r e f o r e ，i tc a l lb ei n f e r r e dt h a tt h er a t i oo ft h ei l l i c i tc o n n e c t i o ni sa sh i l g ha s6 0 i nt h ed i s c h a r g es c e n a r i o ，t h ew a t e rl e v e lo fb s y s t e mr i s e sf r o mt h ep u m po f f 筘斑 ( - 2 m ) t ot h em e a nw a t e rl e v e lo fs u z h o uc r e e k ( 2 5 m ) w i t h i n9 - 1 1h o u r s i nt h i s p e r i o d , t h et o t a lv o l u m eo fw a t e rp o u r e di n t ot h es a n i t a r yd r a i n a g es y s t e mi sa b o u t 3 0 ，0 0 0m 3 ，5 0 o fw h i c hi st h es e w a g ea n d4 5 o fw h i c hr e c h a r g e sf r o mt h es u z h o u c r e e ka c c o r d i n gt oc a l c u l a t i o no ft h eh y d r a u l i cm o d e l 。 t h ei n t e r c e p ts t o r md r a i n a g es y s t e mc a l lb ea d o p t e dn o to n l yt op r e v e n tf r o m e m i s s i o no fw a s t ew a t e rf r o mi l l i c i tc o n n e c t i o n s ，b u ta l s ot or e d u c eu r b a nr u n o f f p o l l u t i o n ，w h i c hh a sb e e na p p l i e di ns o m el a r g ea n dm e d i u m - s i z e dc i t i e s 。i nt h i s p a p e r t a k i n gt h ec a o y a n gs t o r md r a i n a g es y s t e ma sa 娃i n s t a n c e ，t h el o n g - t e r m s i m u l a t i o nh a db e e np e r f o r m e d 绝s t u d yt h el o n gt e r me f f e c i e n c yo fi n t e r c e p t i o na n d d e t e n t i o nt a n ki nc u td o w nu r b a nr u n o f fq u a n t i t y m o r e o v e r t h er e d u c t i o no fu r b a n r u n o f fp o l l u t i o nl o a dh a db e e ne v a l u a t e da c c o r d i n gt ot h ef i r s t 蔻l 娥e f f e c to f d i s c h a r g ef r o mn e a r b ys t o r ms y s t e m t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ew a t e r l e v e lo ft h e s y s t e mc a nb ed e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gi n t e r c e p t o rs c a l ei ft h e r ea r en o th y a r a u l i c c o n n e c t i o n sb e t w e e ns y s t e ma n de x t e r n a lw a t e r 的d y a n dt h el o wl e v e lc a nl e a dt o i n c r e a s et h el o n gt e r mi n t e r c e p t i o ne f f i c i e n c yo fr u n o f fg r e a t l y m e a n w h i l e , t h el o n g t e r mi n t e r c e p t i o ne f f i c i e n c yo fs t o r mr u n o f fc a l lb ei m p r o v e ds i g n i f i c a n t l yw h e nt h e d e t e n t i o ns c a l ei si n c r e a s e d , h o w e v e r , t h ei n c r e a s er a t eo fi n t e r c e p t i o ne f f i c i e n c yw a s d r o p p e dw h e nt h ed e t e n t i o ns c a l ew a sa u g m e n t e d i na d d i t i o n ，b e c a u s eo fl o wf i r s t f l u s he f f e c t ，t h e l o n g t e r r aa v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c y o fp o l l u t i o nl o a dw a s c o n s i s t e n tw i t ht h ei n t e r c e p t i o ne f f i c i e n c yo fu r b a nr u n o f f i nt h ea s p e c to fc o n t r o la n dm a n a g e m e n to fp u m ps t a t i o n si nr e g i o n a ld r a i n a g e s y s t e mc o m p o s e db ys e v e r a ls u b s y s t e m s ，t h em e t h o da n ds t r a t e g yo fd i s p a t c ho f p u m ps t a t i o n so fr e g i o n a ld r a i n a g es y s t e mw a se s t a b l i s h e d ，a n dt h ec e n t r a l i z e d o p t i m i z e dd i s p a t c hs y s t e mw a sd e v e l o p e da n dp r e l i m i n a r ys t u d i e di n t h i sp a p e r t h r o u g hd e t e r m i n a t i o nt h eo p t i m i z a t i o no 酥e c t a n dc o n s t r a i n tc o n d i t i o n s 。a f t e r i v a b s t r a c t a p p l i c a t i o ni nc a s es t u d y , t h ed i s p a t c hs y s t e mc a nb ea p p l i e di nc o n t r o lo fg r o u p o f p u m ps t a t i o n s m o r e o v e r , t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h es t o r a g eo fr e g i o n a ld r a i n a g e s y s t e mw a su t i l i z e df u l l ya f t e rt h ea p p l i c a t i o no fc e n t r a l i z e do p t i m i z a t i o nd i s p a t c h s y s t e m ，w h i c hh e l p e dt od e c r e a s et h ec s ov o l u m ea n dg u a r a n t e et h es a f e t yo f r e g i o n a ld r a i n a g es y s t e m a f t e rc a l c u l a t e db yh y d r a u l i cm o d e l ，c s ov o l u m ec a nb e r e d u c e db y3 5 i nt h eo p e r a t i o nc o n d i t i o no f1i n1y e a rs t o r mw i t hh i 醢w a t e rl e v e l , a n dr e d u c e db y5 5 i nt h eo p e r a t i o nc o n d i t i o no f1i n0 3 3y e a rw i t hl o ww a t e rl e v e l t h e b u f f e r i n gs t o r m w a t e rd r a i n a g es y s t e mi sa l le c o l o 茁c a ld r a i n a g em o d ew h i c h c o m b i n e sm u n i c i p a ls t o r m w a t e rd r a i n a g ea n dw a t e r l o g g i n go fp o l d e r s i ti sa n e c o n o m i c a la n de n e r g y s a v i n gs y s t e m ，w h i c hi n t r o d u c e san e ww a yo fd i r e c t i n g a c t i o nt os o l v et h ep r o b l e mo fc o n t r a d i c t i o nb e t w e e nn a t u r a le c o s y s t e ma n dt h e a r t i f i c i a lu r b a ns y s t e ma n ds o c i e t y ac o u p l i n gh y d r a u l i cm o d e lo fc o n d u i t sa n d c h a n n e l sw a sd e v e l o p e d o nt h eb a s eo fm o d e ls i m u l a t i o n ，d e s i g na n da p p l i c a t i o n c o n d i t i o n so fc o n d u i t si nt h eb u f f e t i n gs t o r m w a t e rd r a i n a g es y s t e m ，w h i c hw e r e d e s i g n e di nt h ew a yo fr a t i o n a lm e t h o d ，w e r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e dt oe n s u r et h e r a t i o n a l i t ya n ds a f e t y m o r e o v e r , ac a s es t u d yw a sp r e s e n t e dt oi l l u s t r a t et h ew a yo f a n a l y s i sa n dd e s i g no fb u f f e t i n gs t o r m w a t e rd r a i n a g es y s t e m ，a n dt h es a f e t yo f b u f f e t i n gd r a i n a g es y s t e mw a s a s s e s s e dw i t ht h ei n d i c a t o ro ff l o o d i n gf r e q u e n c y t h e r e l e v a n tw o r kp r o v i d e sw i t han e ww a yf o rd e s i g n i n ga n ds a f e t ya s s e s s m e n to f b u f f e t i n gs t o r m w a t e rd r a i n a g es y s t e m i n p o l d e r sw i t h d i f f e r e n t h y d r o g r a p h i c c o n d i t i o n s k e y w o r d s ：h 蝴r a u l i cm o d e l ；d r a i n a g es y s t e m ；n o n s t o r m w a t e ri n f l o w ；p e r f o r m a n c e a s s e s s m e n t ；o p t i m a z e do p e r a t i o n & c o n t r o l l i n g ；b u f f e t i n gs t o r m w a t e r d r a i n a g es y s t e m ；a p p l i c a b i l i t y v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 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复杂的边界条件，若按早期的以水文水力学理论和工程经验为基础的排水系统 设计方法进行设计，所制定的改造管理方案以及设计的管道或构筑物是否满足 设计要求往往只能在实际运行之后评价掌握。而这种“事后评价无法预先评 判方案的安全性和可行性，一旦产生问题，往往导致投资的浪费和负面影响的 产生。排水管网水力模型的出现则为解决这一难题提供了有效的手段。 由计算机技术发展而推动的排水系统模型软件的开发和应用，较好地满足 1 第1 章绪论 ? 排永系统的规划、设计和预测的需要。自上世纪七十年代以来发达国家累积 大量工程经验，结合水文水力学理论基础，开发了计算机模型软件用于城市排 水系统的数值模拟，辅助设计、评价排水系统性能和面源污染控制工程性措旌 的改善工作。这些模型利用已有管网信息，包括管道参数、排水区域与泵站等 设施的运行资料，通过计算机技术在不同条件下对排水系统的设计、改造方案 的实际运行效果进行模型试验，由此获得设计降雨情况下的系统水位、流量模 拟值作为性能评价的依据，用以判断方案的优劣，寻找和解决可能存在的问题。 利焉计算祝水力模型进行模型试验具有不受实验条件限制，数毽分析速度 快、效率高、耗时少，具有通用性、可重复的优点1 6 , 7 1 。迄今，包括水力模型和 水质模型在内的排水系统模型在世界范围内，尤其是发达国家已广受重视，成 为排水系统改造、管理以及新的项目建设可行性评价的基础。发达国家已经实 行了区域土地开发、排水系统建设项目立项，均要首先通过排水管网模型评估 的建设项嗣管理程序p 捌。我国的世界银行贷款项目，按国外咨询公司的要求也 开始执行这一程序。目前，排水系统水力模型已经在上海、深圳等地的排水行 业规划建设中初步投入到实际应用中。 城市排水系统正朝着兼顾水质、水量控制为特征的雨水管理的方向发展， 摊水管理的理念也铁最初的就近快速排放发展到目前对安全、环保、节能和可 持续性综合考虑阶段，因此对排水系统的高标准和严要求势必要求我们改变传 统的排水系统设计思路和方法，积极引入排水系统水力模型作为工具，发展和 创新排水系统的设计、管理手段，以期降低城市排水系统的造价，提高系统的 性能。本文将水力模型应用到上海市排水系统的设计和管理中，对水力模型应 用于评价、诊断现状管网、优诧调度排水系统泵站群以及设计新型缓冲式排水 系统进行了积极探索，对排水系统设计、管理手段的创新作了有益尝试。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 排水系统水力模型的发展 1 2 1 1 水力模型的发展 王9 世纪寒至世纪中时，圣维南方程组、曼宁公式、单位线法等一系列重 2 第1 章绪论 要的水文、水力学理论的提出为排水系统模型的发展奠定了基础i l 卜1 3 j 。2 0 世纪 7 0 年代开始，计算机模型开始开发并运用于排水系统的规划设计中。最早应用 的是l i n s l c y 和c r a w f o r d 开发的斯坦福模型( s t a n f o r dw a t e r s h e dm o d e l ，s w m ) 1 4 , 1 5 】。而真正标志着城市排水计算机建模开端的是1 9 6 9 1 9 7 1 年由美国e p a 资 助，梅特卡夫一埃迪公司( m & e ) 、美国水资源公司( w r e ) 和佛罗里达大学 ( u o f ) 等联合开发的s w m m 模型的诞生。此后，伊利诺斯城市排水区域模拟 模型( i l l u d a s ) 、s t o r m 等模型也相继问世并得到广泛应用l l e r 刀。期间国外 研究者还相继开发了许多城市雨洪过程线模型和城市雨洪模拟模型，伊利诺雨 水管道系统模拟模型( i s s ) 、水文计算模型( h s p ) 、d r 3 m q u a l ( 美) 、 l a v r e n s o n ( 澳) 、c a r e p a s ( 法) 、q q s ( 德) 、r a t i o n a l ( 俄) 和w f p ( 英) 等【1 8 , 1 9 l 。这一时期排水系统水力模型的研究热潮促进了排水系统的设计和 规划的进步和发展。 2 0 世纪9 0 年代，城市排水管网模型中开始整合g i s 及图形预处理和数据前 处理、后处理模块，大大加强了模型的输入和输出功能，提高了人机对话功能。 这一时期，一些原有模型的改进版本得到了推广和应用，譬如x p s w m m ( x p s o f t w a r e ，1 9 9 3 ) 就具备一个图形界面用于对e p as w m m 4 0 获得的输入输出数 据进行预处理和后加工【刎，因此，x p s w m m 软件被工程界广泛的接受和应用 【2 1 捌。尽管这一时期模型的内部结构或模型的理论基础基本没有变化，但是这一 发展大大提高了模型的使用效率，加快了模型普及的步伐。 同时，排水系统模型的发展也越来越重视对水质的模拟，根据降雨过程中 污染物累积、冲刷的物理现象，将雨水水量、水质按地面径流、污染物累积、 污染物冲刷和雨水在排水系统内传输的过程进行模拟i 强2 刚。模型计算方法也从 水文学方法发展到水文、水力相结合的综合方法，如s w m m 中的r u n o f f 模 块属于水文模型【2 7 , 2 8 l ，而t r a n s p o r t 和e x t r a n 模块则使用水力学方法，因 此它既能以水文模型的计算结果作为输入数据，也可以自定义流入量过程线作 为输入数据。而随着计算机性能的发展和模型精度要求的提高，纯水力学方法 的模型也得到了研发和利用，如o s u c h p a j d z i n s k a 和z a w i l s k i 开发的水力模型成 功的应用到波兰的d a b r o w ap r z e m y s l o w a 集水区，取得了很好的效剽2 9 3 0 j 。这些 模型的地面汇流和管道传输均采用了水力学的方法，是纯机理模型。 近几年来，为了模拟城市洪灾( u r b a nf l o o d i n g ) 的需要，双排水模型( d u a l d r a i n a g em o d e l i n g ) 开始在城市排水模型领域内得到开发和应用，这种模型在模 3 第1 章绪论 拟中不仅考虑管道内的流动，而且考虑地面的流动，能够描述洪灾发生时地面 漫流的路径，影响面积等状况f 3 l l 。德国s c h m i t t 等人开发的r i s u r s i m 为双排水 模型的代表，在k a i s e r s l a u t e m 市应用于模拟管道系统的漫溢，对该市排水系统 的漫溢情况进行了评价p 羽。k o t s k y 等人也将双重排水模型应用于印度应多尔市 2 0 多公顷的贫民窟，在1 9 9 4 年季风季中以漫溢水深、漫溢范围、历时、频率为 指标，对该地区的摊永系统性麓进行了评价 矧。 1 2 1 2 主要模型的介绍 随着w i n d o w s 图形界面操作系统的出现，使得城市排水管网模型软件的人 机对话界藤更加友好，有利于城市水文分析方法的普及。商业化城市排水管网 模型软件相继出现，加速了城市排水管网模型的应用进程。目前进军中国市场 的有英国w a l l i n g f o r d 软件公司的i n f o w o r k s 系列软件、丹麦水利研究所( d h i ) 的m o u s e ( 最新版包含在m i k e u r b a n 中) 以及美雪奔特力b e n t l e y ( 原海愚德， h a e s t a dm e t h o d s ) 的s t o r m c a d 、s e w e r c a d 等。下面就一些应用较为广泛的模 型作简单介缨。 m o u s e 模型 丹麦水力研究中心( d 瑚) 自1 9 7 2 年开始创立城市给排永模型，其中m o u s e ( m o d e l l i n go fu r b a ns e w e r s ) 与m o u s et r a p 分别可以模拟排水系统水力及 水质过程，最新发奄的m i k eu r b a n 集成了g i s 模块。通过m o u s e 软件可动 态模拟城市排水和污水系统中水位、流量、浓度等空间、时间变化过程。其模 块结构分为计算模块和扩展模块。计算模块有地表径流、时间面积盐线、详细 水文过程( 包括非线性水库汇流模烈、线性水库汇流模型) 、管流模块。模型 适用于有压、无压混合管网和急变流、缓变流，回水等水力现象。扩展模块包 括陆相水文循环( 包括降雨，地表、地下径流，管路渗流，适合于长期模拟) 、 淤积和水质( 模拟流域和污水系统泥沙滕积物运动和水质变化) 模拟等。另外， 还可模拟污水系统实时控制运行，分析不同操作方式对环境麴影晌l 鞠。 s t o r m 模型 s t o r m ( s t o r a g e ，t r e a t m e n t ，o v e r f l o w , r u n o f fm o d e l ) 模型是美国工程师协 会水文工程中心的蓄水、处理、溢流、径流模型，能够模拟城市流域的径流和 污染负荷，适用于规划阶段对排水流域长期径流过程的模拟。s t o r m 模型是一 4 第1 章绪论 个运用小时时间步长的连续模型，同时也可以用于单一事件模拟。该模型用小 时降雨资料来模拟七个暴雨管理组成部分：降雨、径流、旱季流量、污染物累 积和冲刷、地表侵蚀、处理率与截流蓄水。 s t o r m 是一个准动态模型，应用修正推理公式法进行水文计算，提供三种 径流计算方法：系数方法、土壤综合覆盖法和单位过程线法。该模型具有三个 主要功能：计算污染负荷和污染浓度；模拟地表侵蚀；辅助设计蓄水和处理设 施。但是它的参数与观测水文过程线校准比较困难，往往不容易收集模拟所需 要大量基础资料1 3 5 。 s w m m 模型 美国环保局开发的暴雨雨水管理模型s w m m ( s t o r mw a t e rm a n a g e m e n t m o d e l ) 是最早提出的、影响较大并广泛用于城市排水系统水量水质模拟的综合 模型之一，它已得到连续维护和更新，从d o s 版本发展到了具有窗口界面的 s w m m 5 。s w m m 模型软件由服务模块和四个计算模块r u n o f f 、 t r a n s p o r t 、e x t r a n 、s t o r a g e 厂r r e a t m e n t 组成。r u n o f f 模块主要 用于模拟子汇水区域水量、水质汇流过程；e x t r a n 模块可通过求解动力波方 程组来模拟回水、超载、压力流等复杂的水力现象，同时也可用于模拟管道环 状连接；s t o r a g 阴r 硎e n t 模块主要通过各种去除公式( r e m o v a l f u n c t i o n ) 和沉淀理论来模拟处理构筑物的效果。各模块既可独立进行模拟，也 可合并起来模拟大型复杂排水系纠矧。 s w m m 模型是一个通用性很好的模型，适用于城市化地区和非城市化地区 的模拟；能对单个降雨事件模拟，也能进行连续降雨模拟m j 。 w a l l i n g f o r d 软件( i n f o w o r k sc s ) w a l l i n g f o r d 软件于1 9 7 8 年由英国w a l l i n g f o r d 软件有限公司开发，包括降雨 径流模型